Tanques TES: Uma Referência Rápida para Armazenamento Térmico no Resfriamento de Data Centers
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Tanques TES: Uma Referência Rápida para Armazenamento Térmico no Resfriamento de Data Centers
Os tanques TES deslocam o trabalho de arrefecimento em vez de o criar. No arrefecimento de centros de dados, o armazenamento de energia térmica retém água gelada, gelo ou material de mudança de fase produzidos durante as horas de vazio, para que a central de arrefecimento possa reduzir ou ficar inativa durante o pico. Os três números a ler são a capacidade utilizável em quilowatt-hora, o fator utilizável como percentagem da teoria e as horas de autonomia à carga de projeto. Um tanque de água armazena aproximadamente 1,16 kWh por metro cúbico por kelvin de diferença de temperatura e é normalmente projetado com 70 a 90 por cento de utilização. O TES não reduz o total de eletricidade do local; desloca-o e remodela-o.
Equipes de compras que chegam ao armazenamento térmico pela primeira vez geralmente encontram o mesmo vocabulário na mesma semana: TES, SOC, delta T, COP, PUE, N+1. Cada um desses termos carrega um significado específico em uma planta de água gelada, e uma divergência nas definições é onde um projeto de armazenamento dá errado. Uma parte cita o volume nominal do tanque, outra cita os quilowatts-hora entregáveis, e o contrato acaba com um tanque que atende ao seu desenho e não cumpre sua função.
Esta folha de referência cobre as definições práticas usadas em projetos de armazenamento de data centers: o que são as quatro rotas TES, quais métricas importam em uma especificação, quais crenças se revelam falsas e o que cada abreviação significa. Use-a antes do pedido do tanque, para que os tanques TES nos desenhos e os tanques TES no cronograma da obra sejam o mesmo vaso.
Use-a como uma base compartilhada entre o engenheiro de projeto, o empreiteiro e o fornecedor de tanques.
As Quatro Rotas TES em Resumo
Água gelada sensível é a referência. A água é resfriada, mantida em um tanque isolado e devolvida à planta. A capacidade segue `Q = V x rho x cp x dT`, e a faixa de temperatura de projeto é geralmente de 5-7 °C a 12-14 °C, resultando em um delta T de aproximadamente 6 K.
O gelo aumenta a densidade por calor latente. O gelo formado em serpentinas ou por um colhedor dentro de um tanque de água armazena cerca de 334 kJ por quilograma de água convertida em gelo, o que é muito mais por unidade de massa do que o resfriamento sensível. A troca é o curto-circuito térmico entre ciclos e um circuito indireto.
O PCM mantém uma temperatura de mudança de fase. Sais ou parafinas encapsulados derretem e congelam em um ponto de ajuste, o que permite que o armazenamento fique a uma temperatura diferente do circuito de água gelada. Um trocador de calor está sempre no caminho.
Termoclina é água com uma frente de temperatura. Duas temperaturas de água ficam em um único tanque com uma interface móvel entre elas, carregada bombeando o retorno quente para o topo e o suprimento frio para o fundo. Usa o mesmo meio que a rota de água gelada e simplifica o layout dos bicos.
Rota | Médio | Faixa de temperatura | Circuito indireto | Uso típico |
Água gelada | Água | 5-7 a 12-14 °C | Às vezes | Redução de picos, buffer, resfriamento de emergência |
Gelo | Gelo em água | Próximo a 0 °C | Sempre | Retrofits com restrição de espaço |
PCM | Sal ou parafina encapsulados | Definido pelo ponto de fase | Sempre | Deveres de faixa estreita de temperatura |
Termoclina | Água, dois estratos | Dividido pela frente | Às vezes | Armazenamento longo, vaso único |
As métricas que pertencem a uma especificação
Capacidade utilizável em quilowatt-hora. Não volume do tanque, não placa de identificação. Dimensione a partir da carga em quilowatts multiplicada pela janela de armazenamento em horas, dividida pelo fator de utilização, depois dividida pela densidade volumétrica do meio escolhido. Um salão de 5 MW ao longo de uma janela de oito horas precisa de 40 MWh de frio entregável antes das perdas.
Fator de utilização e por que ele fica abaixo de 100 por cento. O colapso da estratificação, a mistura na entrada, o curto-circuito térmico e a fuga de calor ambiente reduzem a fração aproveitável. A rota da água é normalmente projetada em 70 a 90 por cento da teoria; gelo e PCM ficam mais baixos quando seus limites de transferência são contabilizados.
Horas de autonomia e o caso de falha. O armazenamento comprado para o pico da rede é diferente do armazenamento comprado para a partida de um gerador. Um tanque creditado com, digamos, quatro horas de autonomia em carga parcial é um vaso muito diferente daquele creditado com um nível completo de tempo de execução.
1. Energia armazenada: megawatts-hora de refrigeração entregável à temperatura de retorno de projeto.
2. Janela de armazenamento: horas por dia que a planta espera operar com armazenamento.
3. Taxa de carga e descarga: quilowatts de entrada e saída, que define o tamanho do bocal, a área do difusor e a carga da bomba.
4. Perda em espera: porcentagem da carga perdida por dia, reposta na próxima carga.
5. Fator utilizável: porcentagem da capacidade teórica realmente retirável.
Equívocos Comuns
"O TES reduz a minha conta de eletricidade ao armazenar frio gratuito." Não cria frio. O chiller continua a produzir cada quilowatt-hora, parte dele de forma mais eficiente fora de ponta, quando a temperatura ambiente é mais baixa. A poupança vem da estrutura tarifária e das taxas de demanda, não de energia gratuita.
"Um tanque maior é sempre melhor." O armazenamento que nunca é totalmente carregado é peso morto. O tempo de carga e a capacidade do chiller devem corresponder ao tamanho do tanque, ou o vaso enche até 60 por cento todas as manhãs e entrega 60 por cento.
"O gelo supera sempre a água em termos de pegada." Apenas se o circuito indireto, a altura da sala das máquinas e o dever de degelo forem contabilizados. O ganho de densidade é real; a capacidade entregue após perdas precisa ser verificada.
"O tanque precisa de energia para se manter frio." Um vaso bem isolado mantém a temperatura durante dias. O que precisa de energia é a circulação, não o armazenamento, razão pela qual um tanque de água atmosférico ajuda durante o arranque de um gerador.
Abreviaturas num Horário de Arrefecimento
TES armazenamento de energia térmica; num data center o frio é produzido fora de ponta e mantido num tanque.
SOC estado de carga como percentagem da capacidade utilizável, a mesma ideia que numa bateria.
dT ou delta T a diferença entre ida e retorno em kelvin ou degC; o motor da capacidade da água.
COP coeficiente de desempenho, potência de arrefecimento sobre potência elétrica de entrada de um chiller.
PUE eficácia na utilização de energia, energia total do site sobre energia de TI.
CHW / CW água gelada de alimentação e o circuito de água do condensador.
N+1 / 2N disposição de redundância da central de chillers.
Especificação Técnica
Item | Valor ou opção |
Função | Corte de picos, redução do dimensionamento de chillers ou autonomia de arrefecimento de emergência |
Médio | Água gelada, gelo, PCM ou água termoclina |
Ida / retorno | 5-7 degC de ida, 12-14 degC de retorno como banda inicial |
Delta T | 4-6 K conservador, 5-7 K típico para água |
Densidade (água) | Cerca de 1,163 kWh por m3 por K, cerca de 7 kWh/m3 a 6 K |
Fator utilizável | 70-90 por cento para água, menor para gelo e PCM |
Condição do tanque | Próximo da atmosférica, ou baixa pressão manométrica se projetado como fronteira de pressão |
Isolamento | Lã mineral dimensionada para manter a superfície acima do ponto de orvalho |
Confirmação de utilizável | Capacidade medida na fronteira da instalação ao longo de um ciclo completo |
Caso de Projeto
Campo | Valor |
Projeto | Armazenamento de água potável da Namíbia (P-A) |
Produto | 01 Tanque de aço vitrificado |
Capacidade | 44.900 m3 no total |
Dimensões | 4 tanques, diâmetro 41,26 m, altura 8,4 m |
Conclusão | Setembro de 2022 |
Embora os nossos projetos de referência entregues no setor de água e águas residuais incluam este âmbito de água potável, o âmbito TES de centros de dados é concebido segundo os mesmos padrões. Quatro tanques aparafusados com 41,26 m de diâmetro são a referência de como um grande recipiente de água quase atmosférico é painelizado, transportado e montado no local, que é a mesma base de construção que um tanque TES utiliza para o seu casco e revestimento.
Capacidade de Engenharia da Center Enamel
A Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) projeta e fabrica tanques de armazenamento parafusados desde 2008. Como o primeiro fabricante de tanques de vidro fundido ao aço (GFS) da China, a empresa possui cerca de 200 patentes relacionadas a esmalte, produz aproximadamente 300.000 placas de aço revestidas com esmalte por ano, concluiu mais de 30.000 projetos instalados e fornece seus tanques para mais de 100 países. A nova base de produção de 150.000 m² foi adicionada para aumentar a capacidade de produção, e tanques individuais são fornecidos com capacidade de até 60.000 m³. A fabricação opera sob as normas ISO 9001 e ISO 45001, com certificação de produto incluindo NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI e EUROCODE, e design referenciado em AWWA D103-09, AWWA C550 e NFPA onde a aplicação exige.
Terminologia mapeada para hardware
· TES é um termo abrangente e, para um centro de dados, a divisão útil é por meio de armazenamento e por classe de pressão, não por nomenclatura de marketing; os requisitos do casco seguem essa divisão.
· Definições que vale a pena fixar desde cedo num projeto: capacidade utilizável (após zonas mistas e mortas), perda em repouso, taxa de carga/descarga e classe de pressão (fronteira atmosférica versus pressurizada).
· Nossos tanques aparafusados atmosféricos para armazenamento de água em massa, entregues com até 60.000 m³ por tanque, são a contraparte física por trás da maioria dessas definições na prática.
Perguntas Frequentes
P1: Os tanques TES reduzem o PUE?
A1: Não diretamente. Temperatura de condensação mais baixa à noite e horas de operação mais longas do chiller no ponto de projeto podem melhorar a eficiência da máquina, e o principal benefício está no lado do custo de energia. Calcule a mudança no COP da máquina em relação à mudança nas perdas do tanque antes de reivindicar um ganho de PUE.
Q2: Qual é um delta T razoável para um tanque de água gelada?
A2: Cinco a sete kelvin é típico para uma faixa de 6 a 12 °C; quatro a seis é a escolha conservadora quando se espera que a perda por estratificação seja alta. Uma faixa mais ampla reduz o volume necessário para os mesmos quilowatts-hora armazenados.
Q3: Como o estado de carga é mostrado em uma tela de controle de data center?
A3: Como uma porcentagem da capacidade utilizável, a partir das temperaturas medidas de alimentação e retorno, do volume armazenado e do fator de utilizabilidade. Defina os limites superior e inferior para que a planta nunca prometa mais frio do que o tanque contém.
Q4: Um tanque TES precisa ser um vaso de pressão?
A4: Não, normalmente não. Um tanque de água quase atmosférico fica fora do limite de pressão, portanto o código aplicável e o projeto são aqueles especificados na especificação do projeto e no contrato. Um projeto pressurizado move o vaso, suas aberturas e seu regime de inspeção para um escopo diferente.
Q5: Um único tanque pode servir tanto como buffer quanto como armazenamento?
A5: Sim. O armazenamento de curto prazo para paradas do chiller e transientes da bomba e o armazenamento de longo prazo podem compartilhar um único vaso, desde que o layout do bocal e do difusor o suporte e o operador compreenda o estado de carga combinado.
P6: Por que a capacidade utilizável é menor que o valor teórico?
A6: A estratificação, a mistura na entrada, a perda de calor ambiente e a faixa de temperatura de saída reduzem o que pode ser extraído. Os projetistas aplicam 70 a 90 por cento para água e medem o resultado no limite da planta.
Q7: O que o teste de aceitação deve medir?
A7: Quilowatts-hora entregáveis no limite da planta ao longo de um ciclo completo de carga e descarga, além do tempo de carga, perda em espera e a temperatura de saída alcançada na taxa de descarga de projeto. Um contrato de tanque TES que cota apenas metros cúbicos deixa o teste de aceitação para discussão posterior.
Leia o projeto de armazenamento como um conjunto de definições antes que se torne um conjunto de desenhos. Existem quatro rotas, cinco métricas são importantes, e as abreviações devem significar a mesma coisa para o cliente, o projetista e o fornecedor. Os tanques TES não fazem um data center usar menos eletricidade; eles deslocam essa eletricidade para horários mais baratos, reduzem a planta de chillers e dão à planta a chance de atravessar uma interrupção. Acerte as definições e o dimensionamento do vaso será consequência.
Fale com um Engenheiro
Envie a carga de TI de projeto, a janela de armazenamento desejada, as temperaturas de alimentação e retorno do chiller e a área disponível. Retornaremos o cálculo por trás desta referência: quilowatts-hora armazenados, metros cúbicos necessários, o fator de utilização aplicado e a especificação preliminar de bocais, difusores e isolamento. Se você estiver comparando rotas, solicite o mesmo cálculo para gelo e PCM, para que a comparação seja feita com base na capacidade entregável.
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